Entenda: Diodo Emissor de Luz (LED)

E aí galera, tudo bem?

 

Então, aqui estamos com nossa segunda postagem do Blog da Enfitec Júnior. A partir de agora iremos trazer algo num tom mais informativo sobre diversos assuntos que temos contato durante nossa graduação!

 

Bom, vamos lá… Por acaso você já se perguntou como são feitos os LED’s (Diodo Emissor de Luz) ou como eles funcionam? Eles estão tão difundidos dentro do nosso cotidiano que já é algo normal e acabamos por esquecer de pensar nessa parte. Porém, dentro de sua criação e de seu funcionamento existem diversas áreas de conhecimento que são bem surpreendentes.


 

Semicondutores – Vamos começar olhando o gráfico abaixo.

Diagramas de banda de energia

 

 

O semicondutor é caracterizado por uma banda proibida intermediária. Isso significa que para haver, por exemplo, condução elétrica, precisamos que existam elétrons na banda de condução e a energia necessária para promover um da banda de valência para a banda de condução é a diferença de energia entre ambas. Assim, comparado com um condutor e um isolante, precisaríamos de uma energia mediana para promover um elétron. Quando promovido, o elétron possui uma liberdade maior de movimento dentro do material e auxilia na condutividade elétrica dele.

 

“Okay, entendi, mas o que isso tem a ver com LED’s?”

 

Para começar a entender, precisamos saber como é feito um diodo semicondutor. Existe um método em que é possível dopar um semicondutor, silício ou germânio, que consiste em introduzir em sua rede cristalina impurezas que façam sua condutividade elétrica aumentar. Isso está ligado com os estados de energia dentro da banda proibida que essas impurezas criam, assim possibilitando que existam novos estados de energias acessíveis aos elétrons, tornando mais fácil de os promover para a banda de condução.

 

Semicondutor do tipo P é definido pela introdução de átomos trivalentes, como o índio. Esses “intrusos” rearranjam a estrutura cristalina do semicondutor, fazendo com que lacunas apareçam no seu interior devido ao silício não conseguir fazer as quatro ligações necessárias. São chamados de impurezas aceitadoras, pois contribuem para a carga positiva da rede. O que acontece nesse tipo de dopagem é que elétrons vão “pulando” de lacuna a lacuna, e é considerado uma carga positiva em movimento.

 

 

Semicondutor do tipo N é definido pela inserção de um tipo de impureza doadora na estrutura cristalina, um elemento pentavalente (fósforo), que irá reestruturar a rede de forma a se ter um excesso de elétrons. Conforme vai se repetindo o processo para muitos átomos, os elétrons livres passam a movimentar-se livremente pelo material.

 

 

Agora que temos essas informações podemos entender como é feito um diodo, pois LED’s são tipos especiais de diodos, compostos por uma junção P-N, onde dopamos o silício, com impurezas de modo que um dos lados tenha portadores de carga negativa (elétrons livres) e outra região com portadores de cargas positivas (lacunas), como pode ser visto na figura abaixo.

A região de depleção é formada quando juntamos os Tipos P e N, formando barreira que impede os elétrons livres de migrarem para o lado P e se combinarem com uma lacuna, o que só deverá acontecer quando essa região absorver certo nível de energia ou estiver sujeito a uma tensão específica de cada material utilizado. Para o silício, essa tensão é de aproximadamente 0.7V.

 

 

Mas o que isso gera?

 

Dependendo do modo que você polariza a junção, ele irá deixar ou não a corrente passar. E é essa ideia por trás de um diodo: ele barra a passagem de corrente elétrica para uma direção específica.

 

Agora chegamos no ponto final: o que tudo isso ter a ver com o LED?

 

Bom, como já foi dito aqui no texto, LED é um diodo especial. Quando o polarizamos de maneira correta ele conduzirá corrente e emitirá luz, processo conhecido como eletroluminescência.

Essa luz que o LED irá emitir está totalmente relacionada com o tipo de impureza que foi utilizado na dopagem do semicondutor.

 

“Como assim?”

 

Lembra dos níveis de energia que o elétron tem acesso? Dependendo da impureza que escolhermos o elétron pode se promover com uma energia específica e, quando ele estiver livre no material e sujeito a tensão aplicada na junção P-N, irá migrar para o lado P e se recombinará com uma lacuna, liberando um fóton. Devido a essa escolha prévia do átomo dopante da rede, o comprimento de onda desse fóton emitido é conhecido e ele cai no espectro visível. Interessante, não é? Diferentes cores de LED’s refletem em diferentes dopantes no semicondutor.

 

Caso tenha ficado interessado nos demais assuntos citados no texto acima irei deixar algumas referências que se aprofundam bem mais nos assuntos abordados.

 

Espero que tenham gostado! Até a próxima!

 


Physics & Engineering of Radiation Detection, Syed Naeem Ahmed – Second Edition

Semiconductor Physics and Devices Basic Principles,  Donald A. Neamen – Third Edition

Radiation Detection and Measurement, 3rd ed – Glenn F. Knoll

 

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